Estrutura primária, secundária, terciária e quaternária de proteínas

Transcrição

1 Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul Bioinformática Estrutura primária, secundária, terciária e quaternária de proteínas Luís Fernando S.M. Timmers Porto Alegre, 11 de Agosto de 2015

2 Revisão - Perguntas Tendo em vista que as hélices-alfa necessitam de ligações de hidrogênio para serem estáveis, porque o resíduo de prolina frequentemente quebra esta estrutura secundária? R: A prolina tende a quebrar a linearidade das hélices-alfa, visto que este resíduo apresenta a característica de iminoácido devido a sua cadeia lateral realizar uma ligação covalente com o grupamento amino da cadeia principal. Logo, a presença do anel imino da prolina não apresenta um átomo de hidrogênio para realizar uma ligação com o grupamento carbonila. N ã o a p r e s e n t a u m á t o m o d e hidrogênio, o qual é a responsável por interagir com a carbonila e estabilizar a estrutura da hlice-alfa

3 Revisão - Perguntas Em relação aos ângulos da cadeia principal, qual deles não é capaz de sofrer torções? R: Não ocorrem rotações entre os átomos envolvidos com a ligação peptídica. O ângulo é denominado de ômega. C H N O Os átomos O, C, N e H" encontram-se no mesmo plano. Isto ocorre devido a ligação peptídica apresentar características distintas em relação as outras ligações da cadeia principal dos resíduos de aminoácidos.

4 Revisão - Perguntas De acordo com o Diagrama de Venn, porque o aminoácido Lisina também pode ser considerado apolar? R: Esta característica atribuída ao resíduo de Lisina ocorre devido a sua cadeia lateral ser majoritariamente composta por átomos de carbono. A cadeia lateral da Lisina é composta por quatro grupamentos metileno, o que confere a sua característica apolar.

5 Energia (kj/mol) Revisão - Perguntas Em relação as forças que estabilizam as estruturas de proteínas, qual a ordem decrescente de interação (forte > média > fraca)? R: Observando o gráfico ao lado e sabendo que quanto mais negativa mais forte a interação, as interações em ordem decrescente 0 Interações de van der Waals são Interações iônica > Ligações de hidrogênio > Interação de van der Waals Ligações de hidrogênio Interações iônica 0 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 Distância entre dois átomos (Å)

6 Estrutura primária Proteínas são polímeros de aminoácidos, mas como ocorre a formação dessas macromoléculas? Esse processo ocorre por meio de ligações peptídicas + H 3 N H R 1 O H 3 N H R 2 O - O O N C Reação de condensação H 2 O Número de resíduos de Aminoácidos = Número de ligações peptídicas H 3 N H R 1 O H N R 2 H O O -

7 Estrutura secundária Hélice-alfa: Para a formação de helices-alfa é preciso que no mínimo 8-10 resíduos de aminoácidos sejam encontrados na região destacada em azul. C L-aminoácidos formaram hélices-alfa de mão direita (sentido da rotação) Hélice-alfa Apresenta ~3,6 resíduos de aminoácidos por volta de hélice N

8 Estrutura secundária Fita-beta: Este tipo de estrutura Fita-beta secundária regular não ocorre sozinho, é necessário que outra fitabeta esteja próxima para a formação desta estrutura. C C O conjunto de fitas-beta é denominado de folha-beta, a qual pode ser encontrada de três formas. N C C N C C N N N N N C C N paralela anti-paralela mista

9 Estrutura secundária Fita-beta: Este tipo de estrutura Fita-beta secundária regular não ocorre sozinho, é necessário que outra fitabeta esteja próxima para a formação desta estrutura. folha-beta paralela folha-beta anti-paralela

10 Estrutura secundária Voltas e Alças: Estes tipos de estrutura secundária são classificados como não regulares, visto que não apresentam um padrão de ligações de hidrogênio. Estas estruturas podem ser encontradas em qualquer região do gráfico de Ramachandram. Volta: 2-4 resíduos de aminoácidos C N Alça: mais de 4 resíduos de aminoácidos

11 Estrutura terciária É o arranjo das estruturas secundárias numa mesma cadeia polipeptídica: PDB ID: 2BJB PDB ID: 1BVR

12 Estrutura terciária É o arranjo das estruturas secundárias numa mesma cadeia polipeptídica: Motivo estrutural - pode aparecer em diversas estruturas de proteínas compostas por diferentes tipos de aminoácidos. Ex: motivo beta-alfa-beta, grampo-beta, entre outros. C Motivo estrutural beta-alfa-beta Motivo estrutural grampo-beta N C N

13 Estrutura terciária É o arranjo das estruturas secundárias numa mesma cadeia polipeptídica: Domínio estrutural - Um ou mais motivos estruturais podem formar um domínio estrutural. Uma das diferenças entre motivo e domínio é que os domínios apresentam uma estrutura globular mesmo quando extraídos da proteína. Ex: Rossmann fold É possível expressar apenas o domínio Rossmann fold de uma proteína, que este assumirá sua conformação característica.

14 Estrutura terciária É o arranjo das estruturas secundárias numa mesma cadeia polipeptídica: Porque os sítios ativos de enzimas são frequentemente encontrados próximos a regiões de alças? PDB ID: 2IYS PDB ID: 2IYZ Forma aberta Forma fechada Comparação

15 Estrutura de proteínas Estrutura quaternária É o arranjo de diversas cadeias polipeptídicas formando um complexo multi-proteico com uma função específica Dímeros Trímeros Tetrâmeros Hexâmeros PDB ID: 7HVP PDB ID: 1PWY PDB ID: 1GZX PDB ID: 1Q1G

16 Estrutura de proteínas Estrutura quaternária É o arranjo de diversas cadeias polipeptídicas formando um complexo multi-proteico com uma função específica Caps Protomero Globinas Bicamada hexagonal a b c d Heterotrímero Linkers Cabeça Monocamada hexagonal Cauda L1 L2 L3 Bachega JFR et al,. The structure of the giant haemoglobin from Glossoscolex paulistus. Acta Crystallogr D Biol Crystallogr. 2015

17 Enovelamento É o arranjo de diversas cadeias polipeptídicas formando um complexo multi-proteico com uma função específica Estrutura de proteínas é mais conservada do que sequência 24 % de identidade 24 % de identidade

18 Enovelamento É o arranjo de diversas cadeias polipeptídicas formando um complexo multi-proteico com uma função específica Estrutura de proteínas é mais conservada do que sequência Hemoglobina Mioglobina PDB ID: 1GZX startswithabang/files/ 2009/04/19443.jpg PDB ID: 1MBN why-is-dark-meat-dark.html

19 Enovelamento É o arranjo de diversas cadeias polipeptídicas formando um complexo multi-proteico com uma função específica Sequências com alta similaridade tendem a apresentar uma estrutura terciária próximas porém sequências não tão conservadas também podem apresentar estruturas similares Mutações que apresentem as mesmas características físico-químicas, normalmente, não irão alterar a estrutura. Enquanto que as mudanças nas sequências de RNA e aminoácidos serão muitos mais proeminentes.

20 Enovelamento É o arranjo de diversas cadeias polipeptídicas formando um complexo multi-proteico com uma função específica

21 Enovelamento Como essas cadeias polipeptídicas se organizam num espaço 3D? Existem tipos de enovelamento para as proteínas? Classe: É o nível mais geral para a classificação de proteínas, o qual descreve basicamente a composição de estruturas secundárias. Arquitetura: Descreve a for ma que as estruturas secundárias se organizam num espaço 3D como, por exemplo, barril, sanduíche. Topologia: Considera a conectividade entre as estruturas secundárias para classificar as proteínas Orengo CA, et al,. CATH a hierarchic classification of protein domain structures. Structure 1997, Vol 5 No 8

22 Enovelamento Como essas cadeias polipeptídicas se organizam num espaço 3D? Existem tipos de enovelamento para as proteínas? Alfa Beta Alfa-beta PDB ID: 1MBN PDB ID: 1DC9 PDB ID: 1AIM

23 Enovelamento Quais são os fatores que fornecem estabilidade para as estruturas de proteínas? Proteínas não enovelam no vácuo Efeito hidrofóbico!!! Adiciona H2O Estado desordenado Estado ordenado Gráfico de energia vs. enovelamento

24 Enovelamento Entretanto nem todos os resíduos hidrofóbicos estarão organizados em núcleos hidrofóbicos Uma boa parte deles também estarão localizados na superfície de proteínas. Estes são extremamente importantes pois serão responsáveis por interagir com outras proteínas, substratos ou cofatores. Visto que os resíduos de aminoácidos apresentam grupamentos polares na sua cadeia principal (amino e carbonila), como estes grupos se organizam nesses núcleos hidrofóbicos? Ligações de hidrogênio!!!

25 Revisão - Perguntas Qual a definição de domínio estrutural? R: O domínio estrutural é uma região conservada entre diferentes proteínas que apresenta uma função específica. Normalmente, estes domínios apresentam uma estrutura 3D estável e enovelada. Domínio Rossmann fold

26 Revisão - Perguntas Vocês resolveram uma estrutura cristalográfica de 15 aminoácidos e analisando o gráfico de Ramachandram, os ângulos phi e psi estão concentrados na região azul. De acordo com os seus conhecimentos em estrutura de proteínas, descreva qual o tipo de estrutura secundária preponderante e a classe a qual ela pertence. R: De acordo com os ângulos phi e psi destes aminoácidos, a estrutura secundária preponderante são hélices-alfa. A estrutura terciária deste peptídeo pertence a classe Alfa psi phi

27 Revisão - Perguntas Defina os quatros níveis estruturais de proteínas (primária, secundária, terciária e quaternária). R: Estrutura primária - Sequência linear de resíduos de aminoácidos conectados por meio de ligações peptídica; C C Estrutura secundária: Consiste em padrões regulares (hélices-alfa e fita-beta) e não-regulares (voltas e alças) repetidos em diferentes regiões de uma cadeia polipeptídica. Estrutura terciária: É o arranjo das estruturas secundárias numa mesma cadeia polipeptídica. C N N Trímeros Estrutura quaternária: É a associação de duas ou mais estruturas terciárias, idênticas ou diferentes, para formar uma unidade biológica funcional. Alça: mais de 4 resíduos de aminoácidos N Vo l t a : 2-4 resíduos de aminoácidos Tetrâmeros

28 Revisão - Perguntas De acordo com a classificação hierárquica das proteínas, qual a definição de Classe, Topologia e Arquitetura? Classe: É o nível mais geral para a classificação de proteínas, o qual descreve basicamente a composição de estruturas secundárias. Arquitetura: Descreve a forma que as estruturas secundárias se organizam num espaço 3D como, por exemplo, barril, sanduíche. Topologia: Considera a conectividade entre as estruturas secundárias para classificar as proteínas.